Chapitre 2 : procédures expérimentales
3.4 Electrolyse :
3.4.1 Electrolyse réalisée en milieu acide
0 20 40 60 80 100 120 0 15 30 45 60 [N O - ] 3 (m g /l ) Temps (min) i=0.5 A/dm2 i= 1 A/dm2 i= 3 A/dm2
Figure 3.23 : variation de la concentration de nitrate en fonction du temps d’électrolyse, pour
différents densités de courant imposés, sur l’électrode de cuivre. [NO3-]= 62 mg/l ; S= 50 cm2
La figure 3.23 représente la variation de la concentration d’ions nitrates en fonction du temps réalisée au cours d’électrolyses de solution contenant 62 mg/l de NO3- sur le cuivre, aux densités de courant de 0.5 A/dm2, 1 A/dm2 et 3 A/dm2 .
Lors d’électrolyse à 0.5 A/dm2, il apparait que la réduction de nitrate est faible, après 2 heures d’électrolyse la quantité de NO3- convertie est de 43,64 %. Tandis que pour les densités de courant de 1 A/dm2 et 3 A/dm2 la réduction est importante et le taux de conversion d’ion nitrate est de 77,41% et 90,32 % respectivement.
Pour une densité de courant imposée de 3 A/dm2 nous avons observé une accélération de la destruction de l’ion nitrate durant les premières 30 minutes pour devenir très lente pour le reste d’électrolyse, et la quantité éliminée après 2 heures de temps est 90,82 %.
L’électrolyse réalisée à 3 A/dm2 montre qu’un temps d’électrolyse de 30 minutes permet d’obtenir un taux de conversion de 75,80%. On remarque que ce dernier est supérieur au taux de conversion obtenu après 2 heures d’électrolyse à densité de courant de 1 A/dm2. Il ressort que le temps de séjour d’ion nitrate dans la cellule d’électrolyse dépend de la densité de courant nécessaire à sa réduction.
Lors des électrolyses, pour des densités de courant cathodique variant de 1 A/dm2 à 3 A/dm2, nous avons observé une augmentation de la température. En effet, l’élévation de la température observée est favorable au déroulement des réactions de réduction.
Par ailleurs, s’il est connu que lors des électrolyses, une élévation de la température favorise la cinétique des réactions électrochimiques et chimiques, elle favorise également la corrosion du métal et l’évaporation de la solution. Ce qui est observé à 3 A/dm2 après une heure d’électrolyse. Donc les fortes densités de courant exigeront le refroidissement de la cellule.
Il faut noter que les bulles de gaz observées sur la surface de l’électrode au cours des électrolyses deviennent de plus en plus intensives avec l’augmentation de la densité de courant.
Conclusion :
L’étude par voltamétrie cyclique de la réduction électrochimique d’ions nitrate à
différentes concentration 0.001M, 0.01 M 0.1 M, et 1 M dans H2SO4 0.5 M et NaOH 0.1 M sur
l’électrode de cuivre ,nous a permis de conclure que la réaction d’électroréduction d’ions NO3- est possible dans les deux milieux .
Dans le milieu acide, l’électroréduction d’ion nitrate se traduit par la présence d’un pic cathodique vers -600 mV par rapport à l’électrode de référence Ag/AgCL dans KCL saturé. Son observation est claire aux faibles concentrations d’ions nitrate. La réaction d’électroréduction est irréversible et limitée par le transport de NO3- dans la solution.
L’électroréduction de nitrate sur l’électrode de cuivre dans un milieu alcalin est certainement à lieu est se traduit par la présence de deux pics cathodiques vers -900 mV et -1200 mV. Cette observation souligne donc la réduction du produit intermédiaire qui est limité par le dégagement d’hydrogène.
La comparaison des voltamogrammes obtenus aux différents milieux indique que la nature du milieu à une influence majeur sur leur allure, ainsi la nature de l’électrode qui a un effet électrocatalytique sur la réaction de l’électroréduction d’ions nitrate.
La chronoampérométrie nos a permis de contrôler les courants de réduction de nitrate dans le milieu acide et alcalin.
La spectroscopie d’impédances électrochimiques nous a fournie d’importante information sur les mécanismes et les cinétiques réactionnels de l’électroréduction d’ion NO3-.
Les résultats d’électrolyse en mode galvanostatique à différentes densités de courant ; dans l’intervalle 0.5-3 A/dm2 sont conformes aux résultats de la voltamétrie cyclique qui établi que les ions NO3- se réduisent sur les électrodes de cuivre.
Le taux de conversion d’ions NO3- sur l’électrode peut atteindre 90 % après deux heures d’électrolyse.
Sur l’électrode de cuivre à la densité de courant de 0.5 A/dm² le taux n’est que de 40 %. L’intervalle des densités de courant recommandé est de 1 à 3 A/dm² la solution se réchauffe et s’évapore.
Ainsi, nous pouvons conclure que l’électroréduction d’ions NO3- en milieu acide et alcalin non seulement possible sur l’électrode de cuivre, mais aussi avec des grands taux de conversion allons jusqu’à 90 %.
Le traitement par électrolyse d’une solution contenant 62 mg/L de NO3- nous a permis d’atteindre des concentrations inférieures au niveau guide en nitrate (25 mg/L) fixé par les directives du conseil des communautés européenne [1].
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